第四章 基因精细结构的遗传分析

教学要求： １基因概念及其发展； 2 最小重组值及其计算 3 利用顺反试验、互补试验鉴定两个 突变型是否属于同一基因的原理； 4 缺失作图的原理

第一节 基因的概念

一 基因的概念及其发展 （一）遗传因子 由 1866 年 孟德尔提出 ( 二）染色体是基因载体 由 1910 年 Morgan

证实 1926 Morgan 发表《基因论》 一个基因一个酶 1941Beadle,Tatum 提出 （三） DNA 是遗传物质 1944 年 ,Avery 证明

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第一节 基因的概念

一 基因的概念及其发展 （一）遗传因子 由 1866 年 孟德尔提出 ( 二）染色体是基因载体 由 1910 年 Morgan

证实 1926 Morgan 发表《基因论》 一个基因一个酶 1941Beadle,Tatum 提出 （三） DNA 是遗传物质 1944 年 ,Avery 证明

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（四）基因是一段有功能的 DNA 序列 DNA 双螺旋模型 1953 年 Watson 和 Crick 提出 遗传中心法则 1957 年 Crick 提出 顺反互补试验 1957 年 Benzer 提出：顺反子 三联遗传密码的破译 Nirenberg 等 1961-67 年：70 年代：可移动基因的证实、隔裂基因和重叠基因的发现等。

近代基因的概念：基因是一段有功能的 DNA 序列，是一个 遗传功能单位，其内部存在有许多的重组子和突变子。 突变子：指改变后可以产生突变型表型的最小单位。 重组子：不能由重组分开的基本单位。（五）操纵子模型： 1961 年 F Jacob 和 Monod 提出 , 这一学说阐明了基因调控在乳糖利用中所起的作用。

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( 六 ) 跳跃基因和断裂基因的发现 基因组：对于一个二倍体高等生物而言，能

维持配子或配子体正常功能的最低数目的一套染色体就称为一个基因组。

B.McClintock 最早提出可跳动基因的观点 .

转座子 : 可以从一条染色体跳到另一条染色体上的 DNA 片段 .

断裂基因 : 基因中 DNA 序列不连续 , 其中被一些不编码序列所隔开 .

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二 基因的类别用其相互关系 （一）结构基因 ：指为蛋白质氨基酸编码的基因。 （二） rRNA 基因和 tRNA 基因：只转录、不翻译的基因。 （三）启动子和操纵子基因：不转录、不翻译，与相 关物结合，对转录起调控作用的基因。三 基因和ＤＮＡ DNA (1)

染色体 蛋白质 (1.5-2.5) 组蛋白 (1)

RNA (0.05) 非组蛋白 (0.5-1.5)

基因大小： 500-6000bp;

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第二节 重组测验

一 拟等位基因拟等位基因：例如：果蝇眼色： 红色： + 杏红色： Wa 白 色： W 其它色

P 杏红眼♀ X 白眼♂ Wa/Wa W/Y F1 杏红眼 F2 杏红眼 白眼 红眼 1/1000可能原因： A ：基因突变 B ：基因内重组因为基因自然突变率很低（ 10-

6 ）因此，基因突变被排除

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P 杏红眼♀ X 白眼♂ Wa + + W Wa + Y ↓ F1 杏红♂ X 杏红眼♀ Wa + Wa + Y + W ↓♁F2 杏红眼 杏红 杏红 白眼 红眼 Wa + Wa + Wa + W + Wa + + W Y Y

基因内重组 + + Wa W 配子

+ + + + Wa W

Wa W

Wa + 或 Y 或 Wa + Y

比较： F1 杏红♀ 基因型 红眼♀ 基因型 Wa + 反式 Wa W 顺式 + W + +

→

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• 由于排列方式不同而表型不同的现象称为顺反位置效应 .

• 拟等位基因 : 将紧密连锁基因的功能性等位基因 , 但不是结构性的等位基因称为拟等位基因 .

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二 噬菌体突变型

１噬菌体形态变型2   宿主范围突变型 :3 条件致死突变型：

表 4-1 野生型与几种突变型的区别类 型 不同大肠杆菌平板上噬菌斑表型

B K() S

野生型 小噬菌斑 小噬菌斑 小噬菌斑 rI 大噬菌斑 小噬菌斑 小噬菌斑 rII 大噬菌斑 无噬菌斑（致死） 小噬菌斑rIII 大噬菌斑 小噬菌斑 小噬菌斑

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1 噬菌体杂交实验 r47r+ X r+r104

B

10-6 10-2

B K()亲组合： r47r+ 、 r+r10 ， r+r+ 重组合： r+r+ 、 r47r104 ， 共 525 共 370

2 重组值的计算

重组值＝重组噬菌斑数 X 100％ 总噬菌斑数

三 Benzer 的重组测验

＝ 0.0141％

＝在 K() 上生长的噬菌斑数 X2X100％ 在 B 上生长的噬菌斑数＝ 370X102 X2 X100％ 525X106

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第三节 互补试验

rIIA+B X rIIAB+

一 互补试验的概念和原理 1 互补试验的概念 :

rII A+ B

rII A B+

EcoliK()

EcoliK()

rII A+ B

rII A B+

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2 互补试验的原理 表型 有无功能互补 结论 反式 : A+ B

A B+

反式 : A+ B

A B+

3 互补试验方法——斑点测试法4 互补试验的意义

突变型 － 属同一顺反子

野生型 ＋ 属不同顺反子

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二 顺反子（基因）

2 顺反试验：指将两个拟突变分别处于顺式和反式， 根据其表型确定两个突变是否是同一基因的试验。

3 判断方法 : 顺式 反式 分析结论：两突变 + +/- - + -/- +

表现型 野生型 野生型 属于两个顺反子 表现型 野生型 突变型 属于同一顺反子

1 顺反子的概念

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三 基因内互补

1 基因内互补的机理

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基因间互补 基因内互补

发生机率 普遍存在 只少数能发生

缺失突变 能发生互补 不能发生

酶活性 同野生型 明显低于野生型（仅 25% ）

2 基因内互补与基因间互补的区别

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第四节 缺失作图一 缺失的特点 1 多核苷酸对的缺失； 2 具不可逆性； 3 有部分相同缺失突变型间不能通过重组恢复 野生型表型。二 缺失作图的优点：简便、精确三 缺失作图的条件：具有缺失品系四 缺失作图的原理 原理：凡是能重组的，点突变一定不在缺失区内； 凡是不能重组的，点突变一定在缺失区内。

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五 缺失作图的方法

步骤：如图 4-7 1 将待测点突变（ X ）先与几个最大的缺失突变体 分别杂交，从中找出最小不重组和最大可重组 缺失突变； 2 从最小不重组区（ PB242 ）中减去与之重叠的最 大重组区（ A105 ） = 点突变的位置（ A5 区内）。 3 将点突变与 A5 区内的几个缺失突变体分别杂交 根据结果确定：点突变就在 A5 区内的 c2 区内。

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C2

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第五节 断裂基因与重叠基因一 隔裂基因： 1 概念：隔裂基因：外显子内含子外显子内含子外显子内含子外显子

成熟mRNA 帽 5´ AAAA…拖尾序列 剪接加工

前体mRNA ( hnmRNA)

转录

2 Chambon规则（ GT—AG规则） 内含子： 5`端 G90T90———— A85G853` 可能是剪接酶的识别信号。

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3 断裂基因的意义 （ 1 ）有利于储存较多的遗传信息量； （ 2 ）有利于变异与进化； （ 3 ）增加重组机率； （ 4 ）内含子可能是调控装置。通读基因：指从起始密码 ATG 开始到终止密码 为止 , 所核苷酸都为氨基酸编码基因。

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二 重叠基因

（一）重叠基因的概念 重叠基因：是指两个或两个以上的基因共有 一段 DNA 序列。（二）重叠基因的发现： 1978 年， Sanger

X174DNA全长： 5386核苷酸 编码的 9 种蛋白全长： 2000 个氨基酸； 3X2000 = 6000核苷酸

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（三）基因重叠的方式 如图 4-9

1 大基因内包含小基因： 如： B 基因包含在 A 基因内， E 基因完全包含水量在 D 基因内。 2 前后两基因首尾重叠： 例 1 ： 如：基因 D 终止 X174DNA 序列： 5`—T—A—A—T—G—3` 重叠一个碱基 基因 J 起始 例 2 ： 如：基因 A 终止 X174DNA 序列 5`——A—T—G—A—3` 重叠 4 个碱基 基因 C 起始

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3 三个基因之间重叠 基因 B phe 终止 基因 A ser Asp Glu

G4 DNA 序列 -T-T-C-T-G-A-T-G-A-A-A-

基因 K 起始 Val

4 反向重叠 5 重叠操纵子

（三）基因重叠的意义及危害

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第六节 基因的功能一 先天性代谢缺陷与基因突变 1909 年， Garrod 发表“先天性代谢异常” 例如： 蛋白质 蛋白质 苯丙氨酸 酪氨酸 3.4 二羟苯丙氨酸 ↓ ↓ 对羟苯丙酮酸 黑色素 ↓ 尿黑酸 ↓ 乙酰醋酸 ↓ CO2 + H2O

↓苯丙酮酸

( 苯丙酮尿症 )

( 黑尿症 )

( 白化病 )

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二 一个基因一种酶假说

（一）生物合成过程 基因： a b c d ↓ ↓ ↓ ↓ 酶： A B C D 代谢物： 1 → 2 → 3 → 4 → 5 前体物 色素原 a 色素原 b 红色 紫色

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检测的物质 A B C D E G突 1 — — — + — + 2 — + — + — +变 3 — — — — — + 4 — + + + — +体 5 + + + + — +

突 变 型 : 5 4 2 1 3

↓ ↓ ↓ ↓ ↓

代谢过程 : E → A → C → B → D → G

（二）突变型与合成缺陷

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（三）一个基因一种酶的实验依据

1 精氨酸缺陷型 补充培养基 : 鸟 aa 瓜 aa 精 aa 菌株 I ― ― ＋精氨酸突变型 菌株 II － ＋ ＋ 菌株 III ＋ ＋ ＋

分析得出 : 基因 arg1 arg2 arg3

↓ ↓ ↓

酶 1 酶 2 酶 3

↓ ↓ ↓

前体物 鸟 aa 瓜 aa 精 aa

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（四）一个基因一种酶的局限性 (1) 并非所有的基因都为蛋白质编码； (2) 有的酶由多个基因编码； (3) 有的一个基因控制多个酶； (4) 有的 RNA具有催化活性；（五）一个基因一种酶假说的意义

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